智能型太阳能热水器测控仪—开题报告(共13页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上 毕业设计(论文)开题报告题 目： 智能型太阳能热水器测控仪设计 学 院： 电气信息学院 专 业： 自动化 学生姓名： 康眺 学 号： 9 指导教师： 王迎旭 2011 年 03 月 25 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。专心-专注-专业毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述一能源危机和环境问题 能源是人类生存和发展最重要的物质基础。人类现在应用的能源主要是煤炭，石油和天然气等化石能源，它们对人类的生存和发展做出了巨大贡献，人类依靠他们取得了辉煌的经济发展和科技，文化的进步。但发展到今天，这些能源所特有的资源有限性和对生态和环境的危害性越来越突出，己成为人类面临的巨大威胁与挑战。人类社会的可持续发展，必须寻求新的能源发展道路。大力提高能源利用效率，千方百计地节约能源，开发利用资源无限，可以再生，与生存环境和谐的新能源和可再生能源，是可持续发展的能源发展之路。21世纪将是能源更迭的世纪，新能源和可再生能源大发展的新世纪。1目前，在能源的需求结构中，石油所占的比例约为40%，煤约占20%，天然气约占10%。1970年以来，由于人口的增长和经济的发展，人类对能源的需求量还在不断增加，任何一种能源的开发和利用都会对环境造成一定的影响。如水能的开发和利用可能会造成地面沉降、地震、生态系统变化等；地热能的开发和利用可能导致地下水污染和地面下沉。在不可再生能源和可再生能源中，不可再生能源对环境的影响比可再生能源严重。煤、石油、天然气等不可再生能源的大量利用，加剧了环境的恶化。能源对环境的污染主要表现在：温室效应：地球大气中的二氧化碳含量增加导致气温升高，这就是所谓的“温室效应”。据研究，20世纪80年代全球平均气温不上个世纪升高了0.6。最近的预测发现，当CO2浓度增加为目前的两倍，地表面平均温度将上升1.54.5。这将引起两极附近的冰川大量融化，导致海平面升高，很多岛屿将沦为泽国，沿海城市也将受到威胁。酸雨：天然降水的pH值一般为6.55，一般将pH值小于5.6的降水称为酸雨。可能引起雨水酸化主要物质是SO2和NOx，而上述两类物质的90%都是燃烧化石燃料造成的。破坏臭氧层：臭氧是氧的同素异性体，它存在于地面10km以上的大气平流层中，吸收掉太阳辐射中对人类、动物、植物有害的紫外辐射的屏障。研究表明，臭氧浓度降低1%，地面紫外线辐射强度将提高2%，这将导致皮肤患者数量的增加。影响人体健康：化石燃料燃烧时排放的大量烟尘、SO2、H2S、NOx等还会影响人体健康。有资料表明来源与生活及取暖用煤和生物质燃烧造成的室内空气污染每年约造成11.1万例早亡；城市内一些大气污染严重地带，呼吸道疾病发病率上升近50%，肺碍死亡率上升近20%。23 二太阳能资源太阳是一个炽热的气态球体，蕴藏着巨大的能源。其主要组成气体为氢(约80 )和氦(约19%)，由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量。根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持600亿年。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但己高达1. 73 X 10，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，因此太阳能可以说是用之不竭的。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源，除了局部地区(如四川、贵州等地)不适合太阳能利用外，我国大部分地区都适合利用太阳能。据估算，每年中国陆地接收的太阳能辐射总量相当于24000亿吨标准煤，年均辐射量约为5900兆焦耳/平方米。我国太阳能资源分布的主要特点有:太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22度至35度。这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心。青藏高原平均海拔高度在4000m以上，大气层稀薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为旧光城”的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005.7h ，相对日照为68 ，太阳总辐射为8160M J/m2-a,比全国其它省区和同纬度的地区都高。四川盆地雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市，年平均日照时数仅为1152.2h ，相对日照为26%a太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部;由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30“-40“地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增长。“八 五 ” 期间，我国有关的研究将我国的太阳能资源划分为五类地区。一、二、三类地区，年日照时数大于2000h,辐射总量高于5000 MJ/m2,是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。4太阳能的优缺点：优点：(1)太阳能的覆盖面广，利用起来不受地域限制，不像其他化石能源那样需要开采 、运输，这对于常规能源缺乏的地区和交通不发达的农村、海岛和边远地区有更实际的意义。(2)太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，蕴藏量十分巨大，相对于地球的寿命来说，是用之不竭的。(3)太阳能是一种洁净的能源，应用太阳能不会引起大气污染;不会扰乱地球的热平衡，产生异常现象;不会影响生态平衡，破坏生态系统。(4)太阳能与其他能源相比，安全性能最好，不会造成人身伤亡危害。缺点：(1)太阳能的能量分散，是一种低密度的间断性能源。要采集到足够功率的能量，收集装置面积必须大，需要较大量的设备投资。(2)太阳能的强度受各种因素季节、地点、气候等)的影响而不能维持常量，必须有储能装置。目前，国内外已研制了多种的储能系统，但都不理想，具体应用也有一定困难。【5】三、我国太阳能热水器发展概况及目前使用情况 我们国家追溯历史在1958年，天津大学有12.6平米的太阳能浴室。到1973年世界能源危机，寻求可再生能源，我国在上世纪70年代末起，加大研发与生产太阳能集热器。1979年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。清华大学运用电真空物理的背景，坚持了下来。结构就是一个拉长的暖棚，只不过在内玻璃管上有一层选择性吸收涂层。清华大学的发明专利就是铝氮/铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、铝氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。 这是一个选择性吸收涂层的结构，吸收层每层只有10到30个纳米，低发射层是到150纳米。想要达到科研的水平产量要减一半。2001年到2006年太阳能热利用产业快速发展。中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，年产量约为世界各国之和，已有一百多家太阳能热水器生产厂。2006年销售额近300亿元，提供就业机会60多万个。中国太阳热水器2005年安装量为世界的77%。真空管型约占世界总产量的90%以上，硼硅玻璃3.3年产量约占世界70%，吸气剂约占世界95%以上，年约1.9亿支真空集热管用，年约0.9亿支显象管用。大量显象管都在中国生产，吸气剂也在中国生产。国内外太阳能热水器使用量增长如此之快，其根本原因是：能源问题、环保问题是当今世界各国面临的主要问题之一。太阳能热水器是、环保产品，故受到广泛重视，发展极快，预计今后每年将以15%20%的速度发展6。我国现阶段，太阳能热水器在太阳能利用中居主导地位，并以民用为主。太阳能热水器在我国己有20多年的生产和应用历史。随着人们生活水平的不断提高，对生活热水需求的激增促进了太阳能热水器市场的迅速发展。近年来，太阳能热水器的市场以30%的速率递增，到2000年我国已有约500个具有一定规模的太阳能热水器生产企业，年销售量已达600万衬，总安装量达2600万衬25)但我 国 现 有的太阳能热水器绝大多数为家用小型太阳能热水器，其推广使用受到很大的制约。现在，太阳能热水器的全寿命期费用大大低于电热水器和燃气热水器。据测定，Irnz面积的太阳能热水器可供2-3人使用，相比电热水器年节约电费45。元，长期效益十分可观+。但因家用小型太阳能热水器大多由每个家庭分散独立安装，粗放的安装和使用方式对其性能和外观造成了很大影响。太阳能热水器没能与建筑完美地结合，给景观和安全带来了不利效果，甚至出现了先安后拆的现象，给太阳能热水器产业的进一步发展造成很大障碍。为什么会出现以上问题和矛盾呢?主要原因是，在住宅的设计和建造中，因没有与太阳能热水器一体化建造设计，所以导致安装和使用的不便。房地产开发商在这方面也考虑不周，虽然有的开发商意识到这一点，只在侧外墙装几根供住宅敷设热水管之用的UPVC管，并没有合理周全的设计从根本上解决问题。太阳能热水器的产品制造商缺乏对建筑结构和构造的了解，太阳能热水器的设计和安装不够合理，造成产品安装与住宅外观不协调等问题。令人庆幸的是，2002年11月6日，建设部会同有关组织着手制定了新一代与建筑结合的太阳能热水器屋顶构件国家标准和屋顶设计安装、验收规范，逐步将太阳能热水器纳入到建筑设计中。2001年12月17日建设部在南京召开了太阳能热水器与技术研讨会，这表明浙江大学硕士学位论文太阳能热水器与建筑一体化设计的研究了太阳能热水器与建筑结合应用对我国目前建筑业是非常重要的。经过了20年的研究、开发、攻关的历程，太阳能热水器与建筑结合取得了明显的进展。太阳能热利用行业发展迅速，产业化水平有很大提高，太阳能热水器的推广应用范围不断扩大。各地已成功地建设了一批太阳能热水器与建筑应用结合的试点工程，同时也加强了太阳能热水器与建筑结合的管理。但是，当前太阳能热水器与建筑的结合仍存在许多问题，例如:太阳能热水器系统不完善，太阳能热水器与建筑结合不紧密，太阳能热水器与建筑应用结合方面没有形成有效的推广管理体制，相应的在建筑应用结合方面缺乏可操作的鼓励政策、标准和规程。随着人们的环保、节能意识不断加强以及太阳能热水器产业的迅猛发展，太阳能热水器与建筑物一体化已成为新趋势。所谓一体化，就是指把太阳能热水器作为建筑构件之一，与房屋建筑统一规划、设计和施工，与建筑融为一体，使其成为建筑的有机组成部分。太阳能集热器在屋面布置合理、有序、安全，输水管道集中设置，室内看不见明管，充分发挥太阳能热水器的环保节能效果，真正提高住宅的使用功能和改善居民的居住条件，使其实现“绿色家居、天人合一”我国 正 在 进入全面建设小康社会的重要阶段，每年都将新建数以万计的住宅，从节能、环保、改善人民生活条件、提高居住功能等因素考虑，在住宅设计中，考虑利用太阳能热水器提供生活热水是非常实用和可行的。789四、太阳能热水器工作原理及特点太阳能热水器是利用集热器吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱将热水储存的装置。目前，技术水平最高的太阳能热水器是真空集热管太阳能热水器。真空集热管的内、外管之间是真空夹层，确保冬季管内不结冰，能够正常使用，内管上有一层选择性吸收镀膜，膜层能充分吸收太阳光。真空管里的水，吸收热量后，通过温差循环，加热储箱内的水。太阳能中央热水系统采取以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式。一般情况下全年90%的热水来自太阳能，只需10%的电能作补充，365天全天候可以供应热水。太阳能热水器可在全国大部分地区使用，并被广泛应用于家庭，在宾馆沐浴、工业用水等方面获得利用10。当今社会发展日新月异，人们衣食住行也在不断的提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器克服了上述缺点，他是绿色环保产品。它使用简单、方便。太阳能热水器顺呼时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。具有以下显著优点:（1）卧式水箱与集热器采用内部连接结构，循环管路不外露，性能更佳，效果更好，更美观。 （2）天然、洁净的太阳能，安全无污染。 （3）一次投资，长期受益，经济耐用，系统运行安全可靠，运行成本低廉。 （4）备有辅助加热装置，可实现全天24小时热水供应。 （5）智能控制系统操作简捷方便，老人、小孩均可安全使用11 。五、太阳能热水器控制仪的现状在太阳能热水器的控制方面，其发展就远远落后于太阳能热水器本身的发展，诸如使用一段时间后，传感器因结垢而检测不准；显示器显示乱码；因干扰而造成电磁阀等执行机构误操作等一些问题，影响了太阳能热水器的推广使用。绝大多数用户对水位(进水)的控制仍然依赖于观察溢流管有无溢流。但这种方法有明显缺陷:（1）智能化程度不高，一方面，人工上水，用户需占用大量时间，使用十分不方便 ;另一方面，也造成了对太阳能利用的效率低下;（2）其关键元件水温、水位探头插入水箱中，依靠探头金属与水导电产生信号来显示水位。太阳能水温升高时，探头上会产生水垢，影响了探头与水之间的导电性能，整套水位显示系统也就失去了作用，控制仪也就不能正常使用。（3）虽然此类产品种类多，但功能都不齐全，各有侧重，且通用性较差;（4）交互界面不友好，用户了解信息和操作都不方便。基于这几点考虑，针对目前市场上的家用太阳能热水器控制系统存在的缺陷 ，我们做了必要的、有益的调整、改进和完善。以MCS-51单片机为核心 ，利用数字温度传感器代替传统的金属探头，解决了升温结垢问题；同时实现对太阳能热水器的水位、补水方式、补水时间的程序化控制，提高了系统的智能化，同时提高了对太阳能的利用率;通过液晶显示与用户建立良好的交互界面12。参考文献1 田宏霞著.家用太阳能热水器安全评价模型研究.沈阳:沈阳航空工业学院，2004.32 周理民.太阳能热水器.清华同方数据库3 王磐著.太阳能热水器在既有住宅中的应用研究.天津:天津大学硕士学位论文 ，2003.74 魏晓安.太阳能热水器的探讨.万方数据库网络版5 常玲玲，刘慧.太阳能建筑：策略·前景·概念.大连:大连理工大学出版社,2009.086 韩晶太阳能热水供应的现状与发展.清华同方数据库7 李保应.智能化太阳能热水器控制系统的研究.万方数据库网络版8 谭艳平著.太阳能热水器与建筑一体化设计的研究.浙江：浙江大学硕士学位论文2005.29 Cesariol.Modeling analysis and design of water distribution systemsDenver:American water association.199510 邵家嚷. 实用太阳能热水器上海科技出版社.199311 周理民太阳能热水器.清华同方数据库12李华.MCS51系列单片机实用接口技术M.北京:航空航天大学出版社,1993 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一课题的目的与意义近几十年能源问题引起了世界各国极大关注，据统计近100年内化石燃料（煤、石油与天然气等）能量消耗增加了近20倍，预计今后十年化石燃料的用量将翻一番，随之而来的环境污染也将日益严重，即使这样本星球内的化石燃料的有限储量也仅能再供应我们约3050年。因此新能源的开发研究并把之推向大规模实用阶段已成为当务之急。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的新能源，大力开发和应用太阳能，是当今许多国家极为关注的课题，节能技术的研究与应用也是我国能源政策的重要组成部分。利用太阳能不仅可在节能方面有很大收益，且在减轻环境污染方面也很有意义，因此，太阳能的应用是现代建筑设计所不能忽视的因素。太阳能建筑学已成为建筑学的一门新分支，太阳能热水器的设计和安装也成为给排水专业的重要课程，而家用太阳能热水器是太阳能最广泛的用途。二课题发展现状和前景展望我国太阳能热水器开发利用始于二十世纪五、六十年代的闷晒式，到了七、八十年代发展为平板式及直管式。目前已开发的第三代是真空管式太阳能集热水器，经过“七五”期间的科技攻关，清华大学在国外技术的基础上研制出具有世界先进水平的两种真空管式太阳能集热器：即全玻璃真空管太阳能集热器和热管式真空集热器，它运用优良的阳光选择性吸收膜层及高真空保温技术，具有单向导热性能佳、稳定性好等优点。经过不断更新改造，其防冻、防冰雹及保温性能都得到进一步改善。目前采用该技术的主要品牌有：“辉煌”（江苏淮阴）、“阳光”（清华）、“华扬”（江苏扬州）及“皇明”（山东）等。另外为了解决阴雨天不能使用太阳能的难题，上述产品还配套管状电加热辅助装置及相应的水位、加热自动控制系统等，具有一定的市场开发前景。上述产品近几年已在全国各地推广应用，并已进军国外市场。但是它的市场占有率与电热水器及液化气热水器相比还有相当大的差距，特别是在多雨地区差距更大。当今社会发展日新月异，人们衣食住行的档次也不断提高。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器良好的外部生存环境。太阳能热水器顺呼时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明进程日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。 但随着科学技术的不断发展，这些问题正在逐步的被解决，太阳能热水器正显示出巨大的潜力。三课题的主要内容和要求设计一个以MCS-51单片机为控制核心的太阳能热水器测控器，采用液晶显示，运用菜单式导航按键，具有全天候定时上水、加热，水温、水位预置，北京时间显示等功能。 设计的主要任务是： 查阅相关资料确定总体设计方案；根据课题要求确定硬件方案；软件设计，并利用单片机学习机调试预置和时间显示等功能；完成文献综述、开题报告及毕业设计说明书及设计说明书的撰写工作。四研究方法、步骤和措施从太阳能热水器的功能出发，对太阳能热水器的工作原理进行深入的了解。在对系统的功能设计流程有了大体的构想后，开始针对系统的硬件功能以及系统功能进行软件设计。总的来说本次课题的设计包括两个部分：硬件和软件其中硬件结构框图如下：单片机温度监测及控制键盘输入液晶显示水位监测及控制上水及控制电辅加热报 警时钟电路 图4.1 太阳能热水器测控器的结构框图软件部分要完成该产品所要有的功能，即系统的智能控制部分。主要子程序模块有：设计主程序模块、液晶显示模块、北京时间显示模块、键盘接口电路模块、水位监测模块、温度监测等模块。设计步骤安排如下：（1）确定课题之后先明确课题的任务和要求，大量查阅有关基于单片机太阳能热水器控制仪的资料了解设计思路和硬件运用。（2）熟悉单片机原理和应用教材内容和掌握伟福软件的应用，同时确定设计步骤。（3）先查阅相关资料完成掌握液晶显示的应用，再按照确定的步骤进行，完成定时上水，加热，水温水位预测、报警，液晶显示等功能的软件设计。（4）软件设计完成后，先将他们进行融合，次后就得要对它的进行硬件调试和其他性能进行全面的检查、修改和补充。（5 （5）写出设计论文并编写产品的使用说明书。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见：负责人： 年 月 日